新能源電動(dòng)汽車電池是電動(dòng)汽車的重要部件，在產(chǎn)品研發(fā)和檢驗(yàn)檢測(cè)中需要對(duì)很多關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行考核。下面本文就對(duì)電動(dòng)汽車電池端電電動(dòng)勢(shì)、容量、內(nèi)阻等基本參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

一電動(dòng)汽車電池端電壓和電動(dòng)勢(shì)

 

圖示：電動(dòng)汽車電池充放電曲線

　　端電壓：動(dòng)力電池正極和負(fù)極之間的電位差。動(dòng)力電池在沒(méi)有負(fù)載情況下的端電壓叫開路電壓。動(dòng)力電池接上負(fù)載后處于放電狀態(tài)，此時(shí)電池電壓稱為負(fù)載電壓，又稱為工作電壓。電池充放電結(jié)束時(shí)的電壓稱為終止電壓，分為充電終止電壓和放電終止電壓。圖示為電池的充放電曲線，由圖可知電池充放電結(jié)束時(shí)都有一個(gè)電壓極限值，充電時(shí)的電壓極限值就是充電終止電壓；放電時(shí)的電壓極限值就是放電終止電壓。

　　電動(dòng)勢(shì)(E)：電池上兩個(gè)電極的平衡電極電立之差。

二電動(dòng)汽車電池容量

　　容量是指電池在一定的放電條件下所能放出的電量，用符號(hào)C表示，單位常用A·h或mA·h表示。

　　理論容量：假定電池中的活性物質(zhì)全部參加電池的成流反應(yīng)所能提供的電量。理論容量可根據(jù)電池反應(yīng)式中電極活性物質(zhì)的用量，按法拉第定律計(jì)算的活性物質(zhì)的電化學(xué)當(dāng)量精確求出。

　　法拉第定律：電流通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，在電極上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量與通過(guò)的電量成正比。數(shù)學(xué)式表達(dá)為：

　　式中：

　　Q一一電極反應(yīng)中通過(guò)的電量(A*h)；

　　z一一在電極反應(yīng)式中的電子計(jì)量系數(shù)；

　　m一一發(fā)生反應(yīng)的活性物質(zhì)的質(zhì)量(g)；

　　M一一活性物質(zhì)的摩爾質(zhì)量(g/mol)；

　　F——法拉第常數(shù)，約96500g/mol或26.8A*h。

　　理論容量是電池容量的最大極限值，電池實(shí)際放出的容量只是理論容量的一部分。

　　額定容量：也叫標(biāo)稱容量，是指按國(guó)家或有關(guān)部門規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，保證電池在一定的放電條件(如溫度、放電率、終止電壓等)下應(yīng)該放出的最低限度的容量。額定容量是制造廠標(biāo)明的安時(shí)容量，是電池的一個(gè)重要參數(shù)。

　　實(shí)際容量(C)：在實(shí)際應(yīng)用工作情況下放電，電池實(shí)際放出的電量。充滿電的電池在一定條件下所能輸出的電量，它等于放電電流與放電時(shí)間的積分。實(shí)際容量的計(jì)算方法如下：

　　恒電流放電時(shí)：

　　變電流放電時(shí)：

　　式中：

　　I——放電電流，是放電時(shí)間t的函數(shù)；

　　T——放電至終止電壓的時(shí)間。

　　電池的實(shí)際容量除與其本身的結(jié)構(gòu)與制造工藝有關(guān)外，主要受其放電制度的影響。

三電動(dòng)汽車電池內(nèi)阻

　　電流通過(guò)電池內(nèi)部時(shí)受到阻力，使電池的工作電壓降低，該阻力稱為電池內(nèi)阻。由于電池內(nèi)阻的作用，電池放電時(shí)的端電壓低于電動(dòng)勢(shì)和開路電壓，充電時(shí)充電的端電壓高于電動(dòng)勢(shì)和開路電壓。電池內(nèi)阻是化學(xué)電源一個(gè)極為重要的參數(shù)。它直接影響電池的工作電壓、工作電流、輸出能量與功率等，對(duì)于一個(gè)實(shí)用的化學(xué)電源，其內(nèi)阻越小越好。

　　電池內(nèi)阻不是常數(shù)，在放電過(guò)程中隨著活性物質(zhì)組成、電解液濃度和電池溫度的變化以及放電時(shí)間而變化。電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻兩部分。

　　歐姆內(nèi)阻主要由電極材料、電解液、隔膜的內(nèi)阻及各部分零件的接觸電阻組成。

　　極化內(nèi)阻是指化學(xué)電源的正極與負(fù)極在電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)由于極化所引起的內(nèi)阻。它是電化學(xué)極化和濃差極化所引起的電阻之和。極化內(nèi)阻與活性物質(zhì)的本性、電極的結(jié)構(gòu)、電池的制造工藝、電池工作條件有關(guān)，電池工作條件對(duì)電池內(nèi)阻的影響尤為突出，放電電流和溫度對(duì)其影響很大。

四電動(dòng)汽車電池能量與能量密度

　　能量是指電池在一定放電制度下所能釋放出的電能，單位常用W·h或kW·h表示。電池的能量分為理論能量和實(shí)際能量。

　　理論能量(W)：電池的理論容量與其電動(dòng)勢(shì)的乘積，即

　　實(shí)際能量(W)：電池放電時(shí)實(shí)際輸出的能量，它在數(shù)值上等于電池實(shí)際放電電壓、放電電流與放電時(shí)間的積分，即

　　一般用電池組額定容量與電池放電平均電壓的乘積來(lái)估算。

　　能量密度：能量密度是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所能輸出的能量，相應(yīng)地稱為質(zhì)量能量密度(W·h/kg)或體積能量密度(W·h/L)，也稱為質(zhì)量比能量或體積比能量。在電動(dòng)車應(yīng)用方面，電池的質(zhì)量比能量影響電動(dòng)汽車的整車質(zhì)量和續(xù)駛里程，而體積比能量影響到電池的布置空間。

五電動(dòng)汽車電池功率與功率密度

　　電動(dòng)汽車電池功率是指在一定的放電制度下，單位時(shí)間內(nèi)電池輸出的能量，單位為W或kW。

　　電動(dòng)汽車電池功率密度又稱比功率，是單位質(zhì)量或單位體積電池輸出的功率，單位為W/kg或W/L。比功率是評(píng)價(jià)電池及電池包是否滿足電動(dòng)汽車加速和爬坡能力的重要指標(biāo)。

六電動(dòng)汽車電池荷電狀態(tài)

　　荷電狀態(tài)( State of Charge，SOC)描述了電池的剩余電量，其值為電池在一定放電倍率下，剩余電量與相同條件下額定容量的比值。荷電狀態(tài)值是個(gè)相對(duì)量，一般用百分比的方式來(lái)表示，SOC的取值為：0≤SOC≤100%。

七電動(dòng)汽車電池放電深度

　　放電深度(Depth of Discharge，DOD)是放電容量與額定容量之比的百分?jǐn)?shù)，與SOC之間存在如下數(shù)學(xué)計(jì)算關(guān)系：

八電動(dòng)汽車電池循環(huán)使用壽命

　　循環(huán)使用壽命是指以電動(dòng)車電池充電和放電一次為一個(gè)循環(huán)，按一定測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)電池容量降到某一規(guī)定值(一般規(guī)定為額定值的80%)以前，電池經(jīng)歷的充放電循環(huán)總次數(shù)。循環(huán)使用壽命是評(píng)價(jià)電池壽命性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

九電動(dòng)汽車電池自放電率

　　自放電率是指電池在存放時(shí)間內(nèi)，在沒(méi)有負(fù)荷的條件下自身放電，使得電池的容量損失的速度，用單位時(shí)間(月或年)內(nèi)電池容量下降的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。

十電動(dòng)汽車電池輸出效率

　　電池實(shí)際上是一個(gè)能量存儲(chǔ)器，充電時(shí)把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，放電時(shí)再把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜?lái)，供用電裝置使用。電池的輸出效率通常用容量效率和能量效率來(lái)表示。

　　電池的容量效率指電池放電時(shí)輸出的容量與充電時(shí)輸入的容量之比，電池的能量效率指電池放電時(shí)輸出的能量與充電時(shí)輸入的能量之比。通常，電池的能量效率為55%～85%，容量效率為65%～95%。對(duì)電動(dòng)汽車而言，能量效率是比容量效率更重要的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

十一電動(dòng)汽車電池抗濫用能力

　　抗濫用能力指電池對(duì)短路、過(guò)充電、過(guò)放電、機(jī)械振動(dòng)、撞擊、擠壓以及遭受高溫和著火等非正常使用情況的容忍程度。

十二電動(dòng)汽車電池成本

　　電池的成本與電池的技術(shù)含量、材料、制作方法和生產(chǎn)規(guī)模有關(guān)，目前新開發(fā)的高比能量、高比功率電池，如鋰離子電池，成本較高，使得電動(dòng)汽車的造價(jià)也較高。開發(fā)和研制高效、低成本的電池是電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵。

　　電池成本一般以電池單位容量或能量的成本進(jìn)行表示，單位為元/(A·h)或元/(kW·h)。對(duì)于不同類型或同類型不同生產(chǎn)廠家、不同型號(hào)的電池可以進(jìn)行比較。

十三電動(dòng)汽車電池放電制度

　　新能源汽車電池放電制度是電池放電時(shí)所規(guī)定的各種條件，主要包括放電速率(電流)、終止電壓和溫度等。

　　①放電電流：放電電流是指電池放電時(shí)電流的大小。放電電流的大小直接影響電池的各項(xiàng)性能指標(biāo)，因此，介紹電池的容量或能量時(shí)，必須說(shuō)明放電電流的大小，指出放電的條件。放電電流通常用放電率表示，放電率是指電池放電時(shí)的速率，有時(shí)率或倍率兩種表示形式。

　　時(shí)率是以放電時(shí)間(h)表示的放電速率，即以一定的放電電流放完額定容量所需的時(shí)間(h)，常用C/n來(lái)表示，其中，C為額定容量，n為一定的放電電流。放電率所表示的時(shí)間越短，所用的放電電流越大;放電率所表示的時(shí)間越長(zhǎng)，所用的放電電流越小。

　　倍率實(shí)際上是指電池在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)放出其額定容量所輸出的電流值。它在數(shù)值上等于額定容量的倍數(shù)。例如，3倍率(3C)放電，其表示放電電流的數(shù)值是額定容量數(shù)值的3倍。若電池的容量為15A·h，那么放電電流應(yīng)為3×15=45(A)。

　?、诜烹娊K止電壓：電池放電時(shí)，電壓下降到不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓稱為終止電壓，其值與電池材料直接相關(guān)，并受到電池結(jié)構(gòu)、放電率、環(huán)境溫度等多種因素影響。

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